JP3111848B2 - ラジアントチューブバーナの燃焼方法 - Google Patents
ラジアントチューブバーナの燃焼方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Gas Burners (AREA)
- Air Supply (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えば加熱炉等の間接加
熱に用いられるラジアントチューブバーナにおいて、生
成する窒素酸化物の低減が可能な燃焼方法に関するもの
である。
熱に用いられるラジアントチューブバーナにおいて、生
成する窒素酸化物の低減が可能な燃焼方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、加熱炉を間接加熱して炉内雰囲気
を所望の状態に調整することが可能なものにラジアント
チューブバーナがあり、このラジアントチューブバーナ
として、所謂リジェネレーティブ方式が知られている。
このリジェネレーティブ方式では、ラジアントチューブ
の両端部にバーナを配設し、これら各バーナを交互に作
動させて交換燃焼を実施する。したがって、各バーナの
空気通路は、作動時においては燃焼用空気が供給される
通路として使用され、非作動時においては排気ガスの排
気通路として利用される。各バーナの空気通路は、それ
ぞれ畜熱器に接続されている。各畜熱器は、通過する排
気ガスの熱を回収し、次回作動時に供給される燃焼用空
気を予熱するもので、熱効率の向上が図られている。一
般的に、ラジアントチューブとしては口径９０〜２００
mmの耐熱合金チューブが使用されている。したがって、
ラジアントチューブ内に挿入されるバーナのバーナガン
は、細く形成されている。このように円筒状の狭い燃焼
空間で、且つ短時間で完全燃焼させるためＮＯｘが生成
しやすい。また、省エネルギー対策として燃焼用空気を
予熱することで、燃焼火炎温度が上昇するため、生成す
るＮＯｘがさらに増加することとなる。ところで、ＮＯ
ｘの発生を抑制するバーナの燃焼方法としては、燃焼用
空気の流れに対して燃料を２段階に分けて噴射し燃焼を
行う所謂燃料２段式燃焼法や、燃料の流れに対して空気
を２段階に分けて噴射し燃焼を行う所謂空気多段式燃焼
法が知られている。そして、ＮＯｘ生成を抑制するため
の様々な発明がなされている中にあって、例えば、特開
昭６２−２４２７１１号公報では、バーナ内に水を添加
することによってＮＯｘ生成の低減が可能であることを
開示している。また、特開昭６３−１１６０１１号公報
では、１次空気の旋回流で高負荷燃焼させることにより
良好で安定した燃焼を行い、ラジアントチューブ内でソ
フトな２段燃焼を行わせることによりＮＯｘ生成の低減
が可能なことを開示している。また、特開平３−１１２
０２号公報ではベンチュリー機構を設け、排気ガスを流
量制御しながら再循環することによりＮＯｘ生成の低減
が可能なことを開示している。
を所望の状態に調整することが可能なものにラジアント
チューブバーナがあり、このラジアントチューブバーナ
として、所謂リジェネレーティブ方式が知られている。
このリジェネレーティブ方式では、ラジアントチューブ
の両端部にバーナを配設し、これら各バーナを交互に作
動させて交換燃焼を実施する。したがって、各バーナの
空気通路は、作動時においては燃焼用空気が供給される
通路として使用され、非作動時においては排気ガスの排
気通路として利用される。各バーナの空気通路は、それ
ぞれ畜熱器に接続されている。各畜熱器は、通過する排
気ガスの熱を回収し、次回作動時に供給される燃焼用空
気を予熱するもので、熱効率の向上が図られている。一
般的に、ラジアントチューブとしては口径９０〜２００
mmの耐熱合金チューブが使用されている。したがって、
ラジアントチューブ内に挿入されるバーナのバーナガン
は、細く形成されている。このように円筒状の狭い燃焼
空間で、且つ短時間で完全燃焼させるためＮＯｘが生成
しやすい。また、省エネルギー対策として燃焼用空気を
予熱することで、燃焼火炎温度が上昇するため、生成す
るＮＯｘがさらに増加することとなる。ところで、ＮＯ
ｘの発生を抑制するバーナの燃焼方法としては、燃焼用
空気の流れに対して燃料を２段階に分けて噴射し燃焼を
行う所謂燃料２段式燃焼法や、燃料の流れに対して空気
を２段階に分けて噴射し燃焼を行う所謂空気多段式燃焼
法が知られている。そして、ＮＯｘ生成を抑制するため
の様々な発明がなされている中にあって、例えば、特開
昭６２−２４２７１１号公報では、バーナ内に水を添加
することによってＮＯｘ生成の低減が可能であることを
開示している。また、特開昭６３−１１６０１１号公報
では、１次空気の旋回流で高負荷燃焼させることにより
良好で安定した燃焼を行い、ラジアントチューブ内でソ
フトな２段燃焼を行わせることによりＮＯｘ生成の低減
が可能なことを開示している。また、特開平３−１１２
０２号公報ではベンチュリー機構を設け、排気ガスを流
量制御しながら再循環することによりＮＯｘ生成の低減
が可能なことを開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ラジア
ントチューブバーナでは、比較的小径のラジアントチュ
ーブ内にバーナガンを挿入するため、上述の各燃焼方法
の実施が困難である。即ち、燃料２段式では、一次燃料
を燃焼させた後にこの下流側で二次燃料を燃焼させるた
め、一次燃焼室の外側（又は内側）に二次燃料吐出口に
延びる燃料供給路を設ける必要がある。また、空気多段
式燃焼法では、一次燃焼領域の下流側にまで二次空気を
導く必要があり、二重構造の空気通路を設けなければな
らない。これらのため、上述の各燃焼方法を実施するた
めには、バーナ自体が大型化すると共にその構造が複雑
になり、これらの燃焼方法をラジアントチューブバーナ
に適用することが困難であった。また、燃料２段式燃焼
法や空気多段式燃焼法を実施するためには、パイロット
バーナに通じる燃料供給系や空気供給系等の制御に加
え、一次、二次燃料系と空気系、又は一次、二次空気系
と燃料系の制御が必要となり、したがって、これらの制
御が複雑なものになるという問題もあった。さらに、交
換燃焼を実施するバーナでは、その構造上、非作動側バ
ーナの燃料通路内に燃料が残ってしまうが、非作動側の
バーナを介して高温の排気ガスを排気する際、燃料通路
内の残留燃料が加熱されて炭化し、所謂コーキングが発
生するという問題があった。なお、前記特開昭６２−２
４２７１１号公報の方法は、直接的に燃焼ガスを冷却す
るため火炎温度は低減できる。しかしながら、添加した
水の蒸発潜熱および排気ガスとして放出される際に持ち
出す水蒸気顕熱分の熱量を水添加を行わない場合に比べ
余分に供給する必要があり熱効率が低下することとな
る。また、特開昭６３−１１６０１１号公報の方法で
は、一旦、低空気比燃焼を行った（１次燃焼）後に空気
を供給して再度燃焼（２次燃焼）を行わせるため、火炎
温度を通常の燃焼より低下させることが可能であるが、
流量制御を精度良く行わないと効果がなく、実施に当た
っては、最適点を維持するための補修費、管理費が高騰
してしまう欠点がある。また、排気ガスを循環する特開
平３−１１２０２号公報記載の円筒状のラジアントチュ
ーブ内に同心円的に排気ガスを混合した空気で燃料ガス
を燃焼させる方法では、火炎温度低下、燃焼場における
酸素濃度低下によって低ＮＯｘ燃焼が可能であるが、バ
ーナを含む機構が複雑かつ付属品を有するため設備費、
補修費が高騰するなどの欠点がある。
ントチューブバーナでは、比較的小径のラジアントチュ
ーブ内にバーナガンを挿入するため、上述の各燃焼方法
の実施が困難である。即ち、燃料２段式では、一次燃料
を燃焼させた後にこの下流側で二次燃料を燃焼させるた
め、一次燃焼室の外側（又は内側）に二次燃料吐出口に
延びる燃料供給路を設ける必要がある。また、空気多段
式燃焼法では、一次燃焼領域の下流側にまで二次空気を
導く必要があり、二重構造の空気通路を設けなければな
らない。これらのため、上述の各燃焼方法を実施するた
めには、バーナ自体が大型化すると共にその構造が複雑
になり、これらの燃焼方法をラジアントチューブバーナ
に適用することが困難であった。また、燃料２段式燃焼
法や空気多段式燃焼法を実施するためには、パイロット
バーナに通じる燃料供給系や空気供給系等の制御に加
え、一次、二次燃料系と空気系、又は一次、二次空気系
と燃料系の制御が必要となり、したがって、これらの制
御が複雑なものになるという問題もあった。さらに、交
換燃焼を実施するバーナでは、その構造上、非作動側バ
ーナの燃料通路内に燃料が残ってしまうが、非作動側の
バーナを介して高温の排気ガスを排気する際、燃料通路
内の残留燃料が加熱されて炭化し、所謂コーキングが発
生するという問題があった。なお、前記特開昭６２−２
４２７１１号公報の方法は、直接的に燃焼ガスを冷却す
るため火炎温度は低減できる。しかしながら、添加した
水の蒸発潜熱および排気ガスとして放出される際に持ち
出す水蒸気顕熱分の熱量を水添加を行わない場合に比べ
余分に供給する必要があり熱効率が低下することとな
る。また、特開昭６３−１１６０１１号公報の方法で
は、一旦、低空気比燃焼を行った（１次燃焼）後に空気
を供給して再度燃焼（２次燃焼）を行わせるため、火炎
温度を通常の燃焼より低下させることが可能であるが、
流量制御を精度良く行わないと効果がなく、実施に当た
っては、最適点を維持するための補修費、管理費が高騰
してしまう欠点がある。また、排気ガスを循環する特開
平３−１１２０２号公報記載の円筒状のラジアントチュ
ーブ内に同心円的に排気ガスを混合した空気で燃料ガス
を燃焼させる方法では、火炎温度低下、燃焼場における
酸素濃度低下によって低ＮＯｘ燃焼が可能であるが、バ
ーナを含む機構が複雑かつ付属品を有するため設備費、
補修費が高騰するなどの欠点がある。
【０００４】また、蒸気、水吹き込みでは、従来より高
温の予熱空気を用いるため、吹き込み量を従来に比べ増
大せねばならず熱効率低下によるランニングコスト増お
よび設備費の高騰の問題があり、排気ガス循環方式を用
いた場合も高温予熱空気により低ＮＯｘ燃焼を達成する
には、排気ガス循環量の増大により循環ファン電力費の
増大、設備の複雑化による設備費、補修費の高騰の問題
があり、経済的に有効な排気ガス中ＮＯｘ濃度の低減は
高温予熱空気による火炎温度の上昇により困難であっ
た。また、ラジアントチューブバーナの燃焼において燃
焼温度が高い根本的な理由は、空気比が０．９５〜１．
００程度の燃焼温度が最も高い領域が局所的に存在する
ことである。発明者等は多くの燃焼実験と燃焼の数値シ
ミュレーションにより、燃料と空気を予め混合したガス
を燃焼させる予混合燃焼において、空気比１．４と空気
比４．０で燃焼させる場合と、燃料と空気を個々に供給
して燃焼させる拡散燃焼において、空気比１．４と空気
比４．０で燃焼させる場合とで比較検討を行った。その
結果、図５に示すように燃焼領域での最高燃焼温度は予
混合燃焼の場合には大幅に変化しているのに対して、拡
散燃焼の場合には最高燃焼温度の差は小さい。つまり、
拡散燃焼では空気比を大きくしても燃料と空気の混合部
には局所的に空気比が１近傍の領域が存在して、その領
域で燃焼したガスは高温になることを示しており、予混
合燃焼では何処にも空気比が１近傍の領域が存在しない
ことから最高燃焼温度は空気比に依存することを明らか
にした。しかしながら、工業的に予混合燃焼は爆発の危
険性があるために標準的には使用されておらず、また、
コーキングが発生するために、リジェネーティブ方式の
ラジアントチューブバーナには予混合のバーナは使用で
きないので、拡散燃焼においてＮＯｘ低減を達成させな
ければならない。
温の予熱空気を用いるため、吹き込み量を従来に比べ増
大せねばならず熱効率低下によるランニングコスト増お
よび設備費の高騰の問題があり、排気ガス循環方式を用
いた場合も高温予熱空気により低ＮＯｘ燃焼を達成する
には、排気ガス循環量の増大により循環ファン電力費の
増大、設備の複雑化による設備費、補修費の高騰の問題
があり、経済的に有効な排気ガス中ＮＯｘ濃度の低減は
高温予熱空気による火炎温度の上昇により困難であっ
た。また、ラジアントチューブバーナの燃焼において燃
焼温度が高い根本的な理由は、空気比が０．９５〜１．
００程度の燃焼温度が最も高い領域が局所的に存在する
ことである。発明者等は多くの燃焼実験と燃焼の数値シ
ミュレーションにより、燃料と空気を予め混合したガス
を燃焼させる予混合燃焼において、空気比１．４と空気
比４．０で燃焼させる場合と、燃料と空気を個々に供給
して燃焼させる拡散燃焼において、空気比１．４と空気
比４．０で燃焼させる場合とで比較検討を行った。その
結果、図５に示すように燃焼領域での最高燃焼温度は予
混合燃焼の場合には大幅に変化しているのに対して、拡
散燃焼の場合には最高燃焼温度の差は小さい。つまり、
拡散燃焼では空気比を大きくしても燃料と空気の混合部
には局所的に空気比が１近傍の領域が存在して、その領
域で燃焼したガスは高温になることを示しており、予混
合燃焼では何処にも空気比が１近傍の領域が存在しない
ことから最高燃焼温度は空気比に依存することを明らか
にした。しかしながら、工業的に予混合燃焼は爆発の危
険性があるために標準的には使用されておらず、また、
コーキングが発生するために、リジェネーティブ方式の
ラジアントチューブバーナには予混合のバーナは使用で
きないので、拡散燃焼においてＮＯｘ低減を達成させな
ければならない。
【０００５】本発明は、上記問題点を解決するととも
に、燃焼に伴うＮＯｘ発生の抑制を図ることができると
共に、構造が簡単で、燃料供給系や空気供給系の制御を
単純なものにでき、さらに、燃料のコーキングの防止を
図ることができるラジアントチューブバーナを提供する
ことを目的とする。
に、燃焼に伴うＮＯｘ発生の抑制を図ることができると
共に、構造が簡単で、燃料供給系や空気供給系の制御を
単純なものにでき、さらに、燃料のコーキングの防止を
図ることができるラジアントチューブバーナを提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るラジアント
チューブバーナの燃焼方法の第１の発明は、ラジアント
チューブの両端部に燃焼用空気吐出口と燃料吐出口とが
相互に離間するように、燃焼用空気吐出口および燃料吐
出口の両者またはいずれか一方をラジアントチューブの
径方向に対して偏心させて配置し、ラジアントチューブ
内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で燃焼させることを
特徴とするものである。また、第２の発明は、ラジアン
トチューブの両端部に燃焼用空気吐出口と燃料吐出口と
が相互に離間するように、燃焼用空気吐出口および燃料
吐出口の両者またはいずれか一方をラジアントチューブ
の径方向に対して偏心させて配置し、ラジアントチュー
ブ内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で燃焼させ、その
後ラジアントチューブの出口に設けた蓄熱室で燃焼させ
て平行状態にすることを特徴とするものである。また、
第３の発明は、ラジアントチューブの両端部に燃焼用空
気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、燃焼
用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれか一
方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させて配
置し、ラジアントチューブ内の燃焼ガスの平均滞留時間
を１秒以下の非平衡状態反応となるようにしたことを特
徴とするものである。
チューブバーナの燃焼方法の第１の発明は、ラジアント
チューブの両端部に燃焼用空気吐出口と燃料吐出口とが
相互に離間するように、燃焼用空気吐出口および燃料吐
出口の両者またはいずれか一方をラジアントチューブの
径方向に対して偏心させて配置し、ラジアントチューブ
内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で燃焼させることを
特徴とするものである。また、第２の発明は、ラジアン
トチューブの両端部に燃焼用空気吐出口と燃料吐出口と
が相互に離間するように、燃焼用空気吐出口および燃料
吐出口の両者またはいずれか一方をラジアントチューブ
の径方向に対して偏心させて配置し、ラジアントチュー
ブ内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で燃焼させ、その
後ラジアントチューブの出口に設けた蓄熱室で燃焼させ
て平行状態にすることを特徴とするものである。また、
第３の発明は、ラジアントチューブの両端部に燃焼用空
気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、燃焼
用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれか一
方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させて配
置し、ラジアントチューブ内の燃焼ガスの平均滞留時間
を１秒以下の非平衡状態反応となるようにしたことを特
徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明においては、ラジアントチューブの両端
部に燃焼用空気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間する
ように、燃焼用空気吐出口および燃料吐出口の両者また
はいずれか一方をラジアントチューブの径方向に対して
偏心させて配置し、周囲の燃焼ガスと混合させた後にラ
ジアントチューブ内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で
燃焼させるので、燃焼反応を穏やかに進行させて局部的
に発生していた空気比が１．０付近の部分を大幅に減少
させ、局部的な高温状態が現出するのを防止することに
より、燃焼ガス温度を低下せしめ、窒素酸化物の生成を
低減させる。また、ラジアントチューブの両端部に燃焼
用空気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、
燃焼用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれ
か一方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させ
て配置し、周囲の燃焼ガスと混合させた後にラジアント
チューブ内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で燃焼さ
せ、その後ラジアントチューブの出口に設けた蓄熱室で
未燃焼ガスの燃焼反応を行わせながら平衡状態にするの
で、燃焼反応を穏やかに進行させて局部的に発生してい
た空気比が１．０付近の部分を大幅に減少させ、局部的
な高温状態が現出するを防止することにより、燃焼ガス
温度を低下せしめ、窒素酸化物の生成を低減させると共
に、燃焼ガスの排熱回収を行なうことができる。また、
ラジアントチューブの両端部に燃焼用空気吐出口と燃料
吐出口とが相互に離間するように、燃焼用空気吐出口お
よび燃料吐出口の両者またはいずれか一方をラジアント
チューブの径方向に対して偏心させて配置して、周囲の
燃焼ガスと混合させた後にラジアントチューブ内の燃焼
ガスの平均滞留時間を１秒以下の非平衡状態反応となる
ようにしたので、燃焼反応を穏やかに進行させて局部的
に発生していた空気比が１．０付近の部分を大幅に減少
させ、局部的な高温状態の現出を防止することにより、
燃焼ガス温度を低下せしめ、窒素酸化物の生成を基準値
以下に制限することができる。
部に燃焼用空気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間する
ように、燃焼用空気吐出口および燃料吐出口の両者また
はいずれか一方をラジアントチューブの径方向に対して
偏心させて配置し、周囲の燃焼ガスと混合させた後にラ
ジアントチューブ内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で
燃焼させるので、燃焼反応を穏やかに進行させて局部的
に発生していた空気比が１．０付近の部分を大幅に減少
させ、局部的な高温状態が現出するのを防止することに
より、燃焼ガス温度を低下せしめ、窒素酸化物の生成を
低減させる。また、ラジアントチューブの両端部に燃焼
用空気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、
燃焼用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれ
か一方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させ
て配置し、周囲の燃焼ガスと混合させた後にラジアント
チューブ内へ送給した燃料ガスを非平衡状態で燃焼さ
せ、その後ラジアントチューブの出口に設けた蓄熱室で
未燃焼ガスの燃焼反応を行わせながら平衡状態にするの
で、燃焼反応を穏やかに進行させて局部的に発生してい
た空気比が１．０付近の部分を大幅に減少させ、局部的
な高温状態が現出するを防止することにより、燃焼ガス
温度を低下せしめ、窒素酸化物の生成を低減させると共
に、燃焼ガスの排熱回収を行なうことができる。また、
ラジアントチューブの両端部に燃焼用空気吐出口と燃料
吐出口とが相互に離間するように、燃焼用空気吐出口お
よび燃料吐出口の両者またはいずれか一方をラジアント
チューブの径方向に対して偏心させて配置して、周囲の
燃焼ガスと混合させた後にラジアントチューブ内の燃焼
ガスの平均滞留時間を１秒以下の非平衡状態反応となる
ようにしたので、燃焼反応を穏やかに進行させて局部的
に発生していた空気比が１．０付近の部分を大幅に減少
させ、局部的な高温状態の現出を防止することにより、
燃焼ガス温度を低下せしめ、窒素酸化物の生成を基準値
以下に制限することができる。
【０００８】
【実施例】実施例１． 図１は本発明に係るラジアントチューブバーナの燃焼方
法を立証するための基本概念を示す構成図である。図に
おいて、１はラジアントチューブバーナで、通常炭化水
素系の気体燃料が使用され、内部を燃焼ガスが通過して
加熱され、その外表面から熱を出し、加熱炉、熱処理炉
等を加熱することにおいて従来品と同等である。２はラ
ジアントチューブで、両端を塞いで燃焼室を形成するべ
く空間を仕切るものである。３は燃料吐出口で、前記ラ
ジアントチューブ２の両端に設けられ、炭化水素系気体
燃料配管に接続されている。４は空気吐出口で、前記ラ
ジアントチューブ２の両端に設けられ、図示しない空気
送給設備、および排気設備が接続され、給気と排気を兼
用しており、何れか一端側のものが給気口として機能し
ているときは、他端側のものは排気口として機能してい
る。５は蓄熱材で、空気吐出口４に充填されており、球
状セラミック、多孔質セラミックまたはその他の成型セ
ラミック等で構成され、前記空気吐出口４が給気口とし
て機能しているときは給気に奪熱され、排気口として機
能しているときには排気で加熱されている。図２に示す
ように、ラジアントチューブ２の両端部に設けた燃料吐
出口３は空気との混合を高速に行うためにスリット形状
をなし、空気吐出口４は自己循環流を大きくするために
円形をなしており、相互に離間するような位置関係にな
っている。本実施例においては、燃料吐出口３および空
気吐出口４の両者ともラジアントチューブ２の径方向に
対して偏心させているが、何れか一方のみを偏心させる
ようにしてもよい。そして、ラジアントチューブの燃焼
は両端で交互に実施する。すなわち、一方の燃焼用空気
吐出口４が燃焼している間は、他方の燃焼用空気吐出口
４は燃焼ガスの排気口として機能させ充填した蓄熱材に
蓄熱させ、十分に蓄熱した後に一旦燃焼を中止して、排
気口として機能していた燃焼用空気吐出口４を空気吐出
口として機能させ蓄熱材に蓄熱していた熱で空気予熱を
行なうものである。
法を立証するための基本概念を示す構成図である。図に
おいて、１はラジアントチューブバーナで、通常炭化水
素系の気体燃料が使用され、内部を燃焼ガスが通過して
加熱され、その外表面から熱を出し、加熱炉、熱処理炉
等を加熱することにおいて従来品と同等である。２はラ
ジアントチューブで、両端を塞いで燃焼室を形成するべ
く空間を仕切るものである。３は燃料吐出口で、前記ラ
ジアントチューブ２の両端に設けられ、炭化水素系気体
燃料配管に接続されている。４は空気吐出口で、前記ラ
ジアントチューブ２の両端に設けられ、図示しない空気
送給設備、および排気設備が接続され、給気と排気を兼
用しており、何れか一端側のものが給気口として機能し
ているときは、他端側のものは排気口として機能してい
る。５は蓄熱材で、空気吐出口４に充填されており、球
状セラミック、多孔質セラミックまたはその他の成型セ
ラミック等で構成され、前記空気吐出口４が給気口とし
て機能しているときは給気に奪熱され、排気口として機
能しているときには排気で加熱されている。図２に示す
ように、ラジアントチューブ２の両端部に設けた燃料吐
出口３は空気との混合を高速に行うためにスリット形状
をなし、空気吐出口４は自己循環流を大きくするために
円形をなしており、相互に離間するような位置関係にな
っている。本実施例においては、燃料吐出口３および空
気吐出口４の両者ともラジアントチューブ２の径方向に
対して偏心させているが、何れか一方のみを偏心させる
ようにしてもよい。そして、ラジアントチューブの燃焼
は両端で交互に実施する。すなわち、一方の燃焼用空気
吐出口４が燃焼している間は、他方の燃焼用空気吐出口
４は燃焼ガスの排気口として機能させ充填した蓄熱材に
蓄熱させ、十分に蓄熱した後に一旦燃焼を中止して、排
気口として機能していた燃焼用空気吐出口４を空気吐出
口として機能させ蓄熱材に蓄熱していた熱で空気予熱を
行なうものである。
【０００９】上記のように構成されたラジアントチュー
ブバーナ１においては、空気吐出口４から供給する燃焼
用空気の給気速度を従来のラジアントチューブバーナで
使用されているより大幅に高速化し、燃料吐出口３の延
長線の近傍に渦流を生起させ、燃焼ガスに自己循環流を
派生させ、高温の燃焼ガスを薄めて燃焼温度を低減する
るとともに、ラジアントチューブの長さと燃焼ガス流速
から求められる窒素酸化物の生成を短時間化して反応を
非平衡状態に保持することにより、排気ガス中の窒素酸
化物を低減させるものである。例えば燃焼温度、滞留時
間と窒素酸化物生成の関係の事例を示す図４から明らか
なように、最高温度が２０００Ｋの燃焼火炎が形成され
ている場合には、平衡状態まで反応を行なわせれば１０
００ｐｐｍ程度の窒素酸化物が生成されるが、滞留時間
を０．１秒程度にすることによって窒素酸化物の発生量
を１００ｐｐｍ程度にまで減少させることができる。こ
れからわかるように、燃焼最高温度と滞留時間から窒素
酸化物の発生量が低減できる。燃焼反応が平衡状態で進
行しないようにするには、ガス流速を確保して高温部分
の滞留時間を短くすることで達成できる。これにより局
所的に発生していた空気比が１．０付近の部分を大幅に
減少させるとともに、ラジアントチューブ内での燃焼時
間を完全に燃焼反応が完了する時間より短くして、ラジ
アントチューブ内の燃焼を非平衡状態とすることができ
る。一方、燃焼が非平衡で進行した場合、燃料や燃焼方
法によっては燃焼が完了していないことがある。そのた
め、ラジアントチューブ出口に蓄熱材等を設置すること
により、未燃焼ガスの反応を行なわせながら、燃焼ガス
の排熱回収を行なうようにしている。このような燃焼装
置をラジアントチューブの両端に設け交互に燃焼させ
る。すなわち、一方燃焼装置が燃焼している間に他方の
燃焼用空気吐出口に充填した蓄熱材に蓄熱させ、十分な
蓄熱した後に一旦燃焼を中止して蓄熱していた燃焼装置
を稼動させて蓄熱していた熱で空気予熱を行なうことに
より、効率的な燃焼を行なうことができる。なお、ラジ
アントチューブの両端から交互の間欠燃焼することか
ら、ラジアントチューブは直管であることが熱歪の観点
からは望ましい形状である。ラジアントチューブ２の長
さを２ｍ、チューブ直径１００ｍｍのもので、ラジアン
トチューブ出口での平均燃焼ガス速度５０ｍ／ｓｅｃに
て、図３に示すように、２０秒間隔の間欠燃焼により得
られた結果を表１に示す。この結果から、従来の燃焼方
式よりも窒素酸化物の低減と燃焼効率の向上を図れるこ
とが明らである。
ブバーナ１においては、空気吐出口４から供給する燃焼
用空気の給気速度を従来のラジアントチューブバーナで
使用されているより大幅に高速化し、燃料吐出口３の延
長線の近傍に渦流を生起させ、燃焼ガスに自己循環流を
派生させ、高温の燃焼ガスを薄めて燃焼温度を低減する
るとともに、ラジアントチューブの長さと燃焼ガス流速
から求められる窒素酸化物の生成を短時間化して反応を
非平衡状態に保持することにより、排気ガス中の窒素酸
化物を低減させるものである。例えば燃焼温度、滞留時
間と窒素酸化物生成の関係の事例を示す図４から明らか
なように、最高温度が２０００Ｋの燃焼火炎が形成され
ている場合には、平衡状態まで反応を行なわせれば１０
００ｐｐｍ程度の窒素酸化物が生成されるが、滞留時間
を０．１秒程度にすることによって窒素酸化物の発生量
を１００ｐｐｍ程度にまで減少させることができる。こ
れからわかるように、燃焼最高温度と滞留時間から窒素
酸化物の発生量が低減できる。燃焼反応が平衡状態で進
行しないようにするには、ガス流速を確保して高温部分
の滞留時間を短くすることで達成できる。これにより局
所的に発生していた空気比が１．０付近の部分を大幅に
減少させるとともに、ラジアントチューブ内での燃焼時
間を完全に燃焼反応が完了する時間より短くして、ラジ
アントチューブ内の燃焼を非平衡状態とすることができ
る。一方、燃焼が非平衡で進行した場合、燃料や燃焼方
法によっては燃焼が完了していないことがある。そのた
め、ラジアントチューブ出口に蓄熱材等を設置すること
により、未燃焼ガスの反応を行なわせながら、燃焼ガス
の排熱回収を行なうようにしている。このような燃焼装
置をラジアントチューブの両端に設け交互に燃焼させ
る。すなわち、一方燃焼装置が燃焼している間に他方の
燃焼用空気吐出口に充填した蓄熱材に蓄熱させ、十分な
蓄熱した後に一旦燃焼を中止して蓄熱していた燃焼装置
を稼動させて蓄熱していた熱で空気予熱を行なうことに
より、効率的な燃焼を行なうことができる。なお、ラジ
アントチューブの両端から交互の間欠燃焼することか
ら、ラジアントチューブは直管であることが熱歪の観点
からは望ましい形状である。ラジアントチューブ２の長
さを２ｍ、チューブ直径１００ｍｍのもので、ラジアン
トチューブ出口での平均燃焼ガス速度５０ｍ／ｓｅｃに
て、図３に示すように、２０秒間隔の間欠燃焼により得
られた結果を表１に示す。この結果から、従来の燃焼方
式よりも窒素酸化物の低減と燃焼効率の向上を図れるこ
とが明らである。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【発明の効果】本発明は、非平衡状態での燃焼を行なわ
せることにより、窒素酸化物を低減させることができる
ものであるから、大幅な改造等を必要とすること無く、
現状のラジアントチューブバーナへ直ちに適用できる。
また、ラジアントチューブの両端に設置した蓄熱材の中
で未燃焼ガスの燃焼反応を行わせるので燃焼効率も格段
に向上させることができる。
せることにより、窒素酸化物を低減させることができる
ものであるから、大幅な改造等を必要とすること無く、
現状のラジアントチューブバーナへ直ちに適用できる。
また、ラジアントチューブの両端に設置した蓄熱材の中
で未燃焼ガスの燃焼反応を行わせるので燃焼効率も格段
に向上させることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るラジアントチューブバ
ーナの燃焼方法を適用した実証例の基本構成を示す説明
図である。
ーナの燃焼方法を適用した実証例の基本構成を示す説明
図である。
【図２】図１のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】ラジアントチューブバーナの交互燃焼の一例を
示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
【図４】ラジアントチューブ内での燃焼ガスの滞留時間
とＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ図である。
とＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ図である。
【図５】拡散燃焼と予混合燃焼における空気比と最高燃
焼温度との関係を示すグラフ図である。
焼温度との関係を示すグラフ図である。
１ ラジアントチューブバーナ ２ ラジアントチューブ ３ 燃料吐出口 ４ 空気吐出口 ５ 蓄熱材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−134410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−116808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−14106（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−33826（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23D 14/12 F23C 3/00 301 F23C 11/00 319 - 321 F23L 15/02
Claims (3)
- 【請求項１】 ラジアントチューブの両端部に燃焼用空
気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、燃焼
用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれか一
方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させて配
置し、ラジアントチューブ内へ送給した燃料ガスを非平
衡状態で燃焼させることを特徴とするラジアントチュー
ブバーナの燃焼方法。 - 【請求項２】 ラジアントチューブの両端部に燃焼用空
気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、燃焼
用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれか一
方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させて配
置し、ラジアントチューブ内へ送給した燃料ガスを非平
衡状態で燃焼させ、その後ラジアントチューブの出口に
設けた蓄熱室で燃焼させて平行状態にすることを特徴と
するラジアントチューブバーナの燃焼方法。 - 【請求項３】 ラジアントチューブの両端部に燃焼用空
気吐出口と燃料吐出口とが相互に離間するように、燃焼
用空気吐出口および燃料吐出口の両者またはいずれか一
方をラジアントチューブの径方向に対して偏心させて配
置し、ラジアントチューブ内の燃焼ガスの平均滞留時間
を１秒以下の非平衡状態の燃焼となるようにしたことを
特徴とするラジアントチューブバーナの燃焼方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07052224A JP3111848B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | ラジアントチューブバーナの燃焼方法 |
| KR1019960702754A KR100245443B1 (ko) | 1994-09-24 | 1995-09-22 | 방사튜브버너 |
| DE69524726T DE69524726T2 (de) | 1994-09-24 | 1995-09-22 | Strahlbohrbrenner |
| US08/648,155 US6027333A (en) | 1994-09-24 | 1995-09-22 | Radiant tube burner |
| PCT/JP1995/001916 WO1996009496A1 (fr) | 1994-09-24 | 1995-09-22 | Bruleur a tube rayonnant et procede de fonctionnement de tels bruleurs a tube rayonnant |
| CA002176488A CA2176488C (en) | 1994-09-24 | 1995-09-22 | Radiant tube burner and combustion method thereof |
| EP95932212A EP0736732B1 (en) | 1994-09-24 | 1995-09-22 | Radiant tube burner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07052224A JP3111848B2 (ja) | 1995-03-13 | 1995-03-13 | ラジアントチューブバーナの燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08247420A JPH08247420A (ja) | 1996-09-27 |
| JP3111848B2 true JP3111848B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=12908781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07052224A Expired - Fee Related JP3111848B2 (ja) | 1994-09-24 | 1995-03-13 | ラジアントチューブバーナの燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111848B2 (ja) |
-
1995
- 1995-03-13 JP JP07052224A patent/JP3111848B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08247420A (ja) | 1996-09-27 |
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